用于眼部光学相干断层扫描的装置和用于眼部光学相干断层扫描的方法

摘要

本发明公开了一种用于眼部光学相干断层扫描(OCT)的装置和方法。所述装置包括摄像机系统、OCT图像获取单元以及控制单元。

说明书

技术领域

本公开大体涉及光学相干断层扫描。更具体地说，本公开的实施方案涉及用于眼部光学相干断层扫描的装置和用于眼部光学相干断层扫描的方法。

背景技术

为了借助光学相干断层扫描(OCT)形成眼部的三维(3D)断层照片，常规的是：记录在待扫描的眼的体积内相对于彼此排列成行(如A型扫描)和/或层(如B型扫描)的多个OCT图像，并且随后使这些图像相对于彼此对齐以形成断层照片。

然而，在捕获多个OCT图像的过程中，眼部可能经历移动。在这种情况下，在3D对齐后，所得的3D断层照片展示移动诱发的伪影。这些伪影降低了3D断层照片的质量，因为，例如，眼部或其单个部分(如角膜)的几何形状、轮廓或高度剖面以更低质量的方式在断层照片中重现。

发明内容

需要提供一种用于眼部光学相干断层扫描的装置和一种用于眼部光学相干断层扫描的方法，所述装置和方法实现质量有所改进的断层照片。

用于眼部OCT的装置包括：摄像机系统，其被配置来捕获眼部的时间分辨的摄像机图像；以及OCT图像获取单元，其被配置来获取眼部的时间分辨的OCT图像。使用分束器使OCT图像获取单元的测量轴和摄像机系统的测量轴沿着装置的共同测量轴对准。装置还包括控制单元，其被配置来根据时间分辨的摄像机图像确定时间分辨的移动数据，所述移动数据表示眼部相对于装置的测量轴的移动。控制单元还被配置来基于移动数据变换OCT图像的至少一部分并且由OCT图像(例如由变换后的OCT图像)生成断层照片。

也就是说，装置可能使用摄像机系统来以时间分辨的方式对眼部成像，使得控制单元能够从摄像机图像中提取出允许指定眼部移动的移动数据，例如用来判定眼部究竟是否移动，如果是的话，判定眼部如何移动。因此，时间分辨的移动数据可以允许眼部的空间位置和取向以时间分辨的方式重建。眼部的空间位置和取向可以指装置的测量轴并且因此指装置的位置和取向。控制单元可根据移动数据以时间分辨的方式插入眼部的空间位置和/或取向，例如，甚至对于两次后续的摄像机图像捕获之间的时间也是如此。因此，摄像机系统可被认为是眼部追踪器。对应地，移动数据可被认为是眼部追踪数据。

因为眼部OCT图像也是以时间分辨的方式获取，所以OCT图像中的每一个可以与眼部的对应空间位置和取向相关联。因此，可基于移动数据来处理OCT图像。例如，将会在断层照片中引起移动诱发型伪影的OCT图像可以借助于线性变换功能(如旋转或平移)(逐个像素地)变换，使得眼部的移动被抵消。装置可适于使得OCT图像可相对于彼此来定位和/或定向(即，对齐)。这允许生成没有移动伪影并且因此质量有所改进断层照片。只要OCT图像获取可与移动数据的获取同步，或只要OCT图像数据和移动数据可在时间上彼此相关，就不用担心OCT图像是如何获取的或者特定扫描算法看起来怎样。

摄像机系统的测量轴可以是摄像机系统中所包括的一个或所有摄像机的光轴。OCT图像获取单元的测量轴可以是OCT图像获取单元的样本臂的样本光束的传播方向。装置的共同测量轴可以是由OCT图像获取单元的扫描物镜定义的光轴。分束器可以是立方体、板、薄膜或半透明镜子或仅反射或透射某一频带的带通镜子，OCT获取单元的光的频率属于这个频带。分束器可涂有二向色性层。摄像机系统可通过OCT图像获取单元的扫描物镜对眼部成像。控制单元可由移动数据以时间分辨的方式插入眼部的空间位置和取向，例如，甚至对于两次后续的摄像机图像捕获之间的时间也是如此。OCT图像可表示单行扫描(A型扫描)、包括多个行扫描的层扫描(B型扫描)，或包括多个B型扫描的体积扫描。单个OCT图像的获取速度可能如此之快以至于在获取时间中大致上没有伪影显现在OCT图像中。时间分辨的移动数据可被理解为时间分辨的空间位置数据。例如通过使用控制单元，可以根据时间分辨的空间位置数据计算出时间分辨的移动数据(反之亦然)。

装置还可包括至少两个点光源，其被配置来照亮眼部角膜，使得时间分辨摄像机图像针对每个点光源包括光标记。光标记可以是来自眼部表面(例如角膜)的反光，并且可导致Purkinje反射或Purkinje图像。为此，点光源可以固定的方式布置成从装置的测量轴横向偏移。点光源照明允许在摄像机图像中展示的光标记(例如其中心)的时间分辨的空间追踪。为此，控制单元可被配置来确定至少两个光标记的时间分辨的空间位置作为移动数据。例如使用控制单元，可以根据移动数据计算出两个光标记的位置之间的距离。这个距离随着眼部相对于装置的轴向平移而改变。“轴向”可以对应于沿着装置的测量轴的z坐标。控制单元可被校准，使得针对光标记的任何空间位置和/或至少两个光标记的位置之间的任何空间距离，可以指定眼部相对于装置的对应轴向(z)平移。这允许对眼部位置和/或移动的精确时间分辨的轴向(z)追踪并且因此允许对OCT图像的修正以免于z平移诱发型伪影。

另外或或者，装置可包括排列成点光源几何图案的多个点光源。点光源几何图案可以是圆形、类圆形、矩形、类矩形、星形或者类星形图案。点光源可被配置来照亮眼部的角膜，使得时间分辨的摄像机图像包括呈光标记几何图案的多个光标记，如圆形、类圆形、矩形、类矩形、星形或者类星形图案。控制单元可被配置来确定拟合于多个光标记的几何图案(例如圆形、类圆形、矩形、类矩形、星形和/或类星形图案)的时间分辨的空间尺寸作为移动数据。例如，在圆圈的情况下，时间分辨的空间尺寸可由拟合的圆圈的直径表示。这可被视为对应于针对各种不同的光标记对来同时确定两个光标记的位置之间的距离，其表示固有的平均。控制单元可被校准，使得针对拟合于光标记的几何图案的每个空间尺寸，可以指定眼部相对于装置的对应轴向(z)平移。这可以对眼部位置和/或移动的更精确时间分辨的轴向(z)追踪并且因此允许对OCT图像的改进修正以免于z平移诱发型伪影。

装置可包括角膜轮廓确定单元，其被配置来确定曲率值，所述曲率值表示眼部外角膜表面的曲率。这可以允许确定沿着角膜外表面的经络的曲率并且因此允许更精确地校准控制单元以便指定眼部相对于装置的轴向(z)平移。例如，角膜轮廓确定单元可以是装置的与摄像机系统和OCT图像获取单元分开的部件。

除了前述情况，或者或另外，控制单元可被配置来根据OCT图像确定曲率值，所述曲率值表示眼部外角膜表面的曲率。

点光源可以是发光二极管(LED、OLED等)。摄像机系统可包括单独的摄像机，如视频摄像机，用来捕获展示光标记的摄像机图像。

或者或另外，控制单元可被配置来确定参考点的时间分辨的位置作为移动数据，所述参考点是拟合于眼部瞳孔和/或拟合于眼部虹膜的外边缘的几何图案(例如圆圈和/或椭圆)的中心，和/或拟合于光标记的几何图案(如圆形、类圆形、矩形、类矩形、星形或者类星形图案)的中心。因此，例如，眼部相对于测量轴的倾斜可通过如下偏移来检测，即：拟合于眼部瞳孔和/或拟合于眼部虹膜的外边缘的几何图案的中心相对于拟合于光标记的几何图案的中心的偏移。这可以允许眼部位置和/或移动的时间分辨的横向(x,y)追踪并且因此允许对OCT图像的修正以免于横向(x,y)平移诱发型伪影。“横向”可对应于在垂直于装置测量轴的方向上的x坐标和/或y坐标。特定来说，装置可被校准，使得针对拟合于眼部瞳孔和/或拟合于眼部虹膜的外边缘的几何图案的中心相对于拟合于光标记的几何图案的中心的每个所述偏移，可以计算眼部相对于测量轴的特定倾斜角度。此外，装置可适于基于所述计算出的倾斜角度将OCT图像相对于彼此对齐。

摄像机系统可包括单独的摄像机，如视频摄像机，用来捕获展示眼部瞳孔、角膜缘和/或虹膜的摄像机图像。

或者或另外，控制单元可被配置来确定眼部特征的时间分辨的位置作为移动数据，所述眼部特征是眼部虹膜的延伸特征和/或眼部巩膜内血管结构的延伸特征。这可以允许对眼部位置和/或移动的时间分辨的旋转(眼球旋转)追踪并且因此允许对OCT图像的修正以免于旋转(眼球旋转)诱发型伪影。

摄像机系统可包括单独的摄像机，如视频摄像机，用来捕获展示虹膜的延伸特征和/或巩膜内血管结构的延伸特征的摄像机图像。

摄像机系统可以仅包括单个摄像机，用来捕获展示光标记的摄像机图像，用来捕获展示眼部瞳孔、角膜缘和/或虹膜的摄像机图像，并且用来捕获展示虹膜的延伸特征和/或巩膜内血管结构的延伸特征的摄像机图像。这可以允许设计出紧凑且轻便的装置。

摄像机系统可被配置来使用摄像机成像速率捕获时间分辨的摄像机图像。OCT图像获取单元可被配置来使用OCT成像速率获取时间分辨的OCT图像。控制单元可被配置来控制摄像机成像速率和/或OCT成像速率。

摄像机成像速率可大致上等于OCT成像速率。例如，摄像机成像速率和OCT成像速率可彼此同步。这允许将单个摄像机图像指定给每个OCT图像，并且因此允许对OCT图像的时间适应型修正以免于移动伪影。

或者，摄像机成像速率可低于OCT成像速率。这可以允许将单个摄像机图像指定给多个不同的OCT图像，从而允许耗时更少的移动数据确定并且因此允许更快的断层照片生成。

再或者，摄像机成像速率可高于OCT成像速率。这可以允许将多个摄像机图像指定给每个OCT图像，从而在每个OCT扫描包括多个A型扫描时实现例如基于A型扫描对OCT图像的高度时间分辨的修正。

用于眼部光学相干断层扫描(OCT)的方法包括以下步骤：

-使用摄像机系统捕获眼部的时间分辨的摄像机图像，

-使用OCT图像获取单元获取眼部的时间分辨的OCT图像，其中OCT图像获取单元的测量轴和摄像机系统的测量轴沿共同测量轴对准，

-使用控制单元来根据时间分辨的摄像机图像确定时间分辨的移动数据，所述移动数据表示眼部相对于测量轴的移动，

-使用控制单元来基于移动数据变换OCT图像的至少一部分，以及

-使用控制单元来由OCT图像(例如由变换后的OCT图像)生成断层照片。

共同测量轴可以是用于执行所述方法的装置的共同测量轴。

在本描述中描述光学相干断层扫描方法和方法的各个步骤的程度上，所述方法或方法的各个步骤可由适当配置的装置或装置的部件来执行。类似的备注适用于对执行方法步骤的装置的操作模式的说明。在这个程度上，本描述的装置特征和方法特征可被视为等效的。

上文参照眼部描述了用于光学相干断层扫描的装置和/或用于光学相干断层扫描的方法。然而，所述装置和/或所述方法也可用于任何其他样本的光学相干断层扫描。

附图说明

本公开的实施方案将在下文基于附图进一步说明，其中：

图1图解地示出3D断层照片的实例，其表示人类角膜的前表面的高度剖面，

图2使用高度轮廓线以2D表示来图解地示出图1的高度剖面的实例，

图3图解地示出用于眼部OCT的装置的实施方案，

图4图解地示出用来确定移动数据的眼部的摄像机图像，

图5图解地示出用来确定移动数据的眼部的另一个摄像机图像。

具体实施方式

在图1中，图解地展示人眼角膜的前表面的三维(3D)断层照片2。断层照片2是借助用于光学相干断层扫描(OCT)的常规装置生成的。为了生成3D断层照片，记录排列在层4中的多个OCT图像。这些单个层4是OCTB型扫描4并且引起断层照片2的片状结构。每个B型扫描4包括多个线状A型扫描(图1中未展示/不可分解)。图1的断层照片2由500×500个A型扫描组成，其中单个B型扫描4由500个这些A型扫描组成。

图1展示两个不同的伪影：首先，如在图像左部分和右部分中可以看到，单个尖峰6表示在z的方向上剧烈偏移的单个B型扫描6。这些尖峰6由错误分割诱发。然而，这些伪影6不是由眼部的移动诱发。第二种伪影在图像的中间部分中展示，并且在这个实施例中由两组大约3个或4个B型扫描来表示，B型扫描在z的相反方向上共同轻微偏移。这些伪影8是由在获取断层照片2的多个B型扫描4的过程中的眼部移动诱发。

移动诱发型伪影8在图2中也可以看到，图2展示图1中所示的3D断层照片2的2D表示10。这些伪影8在高度线12的理想圆形轮廓中造成偏差。移动诱发型伪影8降低了断层照片2、10的质量，因为角膜的几何形状、轮廓和高度剖面在断层照片2、10中以质量更低的方式重现，这种方式不能反映现实。

为了实现质量有所改进的2D断层照片和/3D断层照片，用于眼部16的OCT的装置14包括摄像机系统18，参见图3。摄像机系统18捕获眼部16的时间分辨的摄像机图像20、22。在图4和图5中，展示单个摄像机图像20、22的实例，其表示一个特定的时刻。摄像机系统18连接到装置14的控制单元24以将摄像机图像20、22传输到控制单元24以用于图像处理，参见图3。

装置14还包括OCT图像获取单元26，其获取眼部16的时间分辨的OCT图像28，如B型扫描4，对照图1和图2。OCT图像获取单元26连接到控制单元24以将OCT图像28传输到控制单元24以用于图像处理。

使用分束器36使OCT图像获取单元26的测量轴30和摄像机系统18的测量轴32沿着装置14的共同测量轴34对准。摄像机系统18的测量轴32是摄像机系统18中所包括的一个或多个摄像机的光轴。OCT图像获取单元26的测量轴30是OCT图像获取单元26的样本臂的样本光束的传播方向。共同测量轴34可以是由OCT图像获取单元26的扫描物镜38定义的光轴。分束器36是仅反射某一频带并且对其他光大致上透明的带通镜子，OCT获取单元的光的频率属于这个频带，使得摄像机系统18可以通过分束器36和扫描物镜38对眼部16成像。当然，部件18和26也可以互换，使得用于摄像机系统18的光在分束器36处被反射而用于OCT图像获取单元26的光传输通过分束器36。

控制单元24根据时间分辨的摄像机图像20、22确定时间分辨的移动数据，所述移动数据表示眼部16相对于装置14的共同测量轴34的移动。时间分辨的移动数据允许眼部16的空间位置和取向相对于装置14的位置和取向以时间分辨的方式重建。由于OCT图像28也是以时间分辨的方式获取，所以OCT图像28中的每一个可以与眼部的对应空间位置和取向相关联。基于移动数据，控制单元24变换OCT图像28的至少一部分。例如，将会在断层照片2、10中引起移动诱发型伪影8的OCT图像28被变换，使得眼部16的移动被抵消。随后，控制单元24由OCT图像28生成眼部16的2D断层照片和/或3D断层照片。通过这种图像处理，可以防止如图1和图2中由8指示的伪影。

装置14还包括多个点光源40(图3中仅展示其中两个)。点光源是LED并且在扫描物镜38附近布置成从测量轴34横向偏移。点光源40照亮眼部16的角膜44，使得时间分辨的摄像机图像20、22针对每个点光源40展示光标记42，参见图4和图5。点光源40可围绕共同测量轴34和扫描物镜38排列成圆形图案，使得时间分辨的摄像机图像20以类圆形图案展示多个光标记42，参见图4。另外或或者，两对点光源40可围绕共同测量轴34和扫描物镜38排列成矩形图案，使得时间分辨的摄像机图像22以类矩形图案展示多个光标记42，参见图5。

控制单元24随后分别确定摄像机图像20、22中两个光标记42的时间分辨的空间位置作为移动数据，所述光标记42在类圆形和/或类矩形图案中直接彼此面对，参见图4和图5。这两个位置之间的空间距离随后由控制单元24计算出。这个空间距离随着眼部16在沿着共同测量轴34(即，z轴)移动时的轴向平移而改变。控制单元24被校准，使得针对两个光标记42之间的任何空间距离，可以指定眼部16相对于装置14的对应轴向(z)平移。这允许对眼部16的位置和/或移动的精确时间分辨的轴向(z)追踪并且因此允许对OCT图像28的修正以免于轴向(z)平移诱发型伪影。

另外或或者，控制单元24可被配置来确定拟合于摄像机图像20中所展示的多个光标记42的圆圈46(图4中的点线)和/或矩形(对照图5)的时间分辨的空间尺寸作为移动数据。这对应于针对多对光标记42来同时确定两个光标记42之间的空间距离。控制单元24可被校准，使得针对任何空间尺寸，可以指定眼部16相对于装置14的对应轴向(z)平移。这允许对眼部16的位置和/或移动的甚至更精确的时间分辨的轴向(z)追踪并且因此允许对OCT图像28的改进修正以免于轴向(z)平移诱发型伪影。

控制单元24还可根据OCT图像28确定曲率值，所述曲率值表示角膜44的外表面48的曲率。这允许确定沿着角膜44的外表面48的经络的曲率并且因此允许更精确地校准控制单元24以便指定眼部16相对于装置14的轴向(z)平移。

控制单元24还确定参考点50、50a、50b的时间分辨的位置作为移动数据，所述参考点是拟合于眼部16的瞳孔54和/或拟合于眼部16的虹膜56的外边缘的圆圈52、52a、52b的中心和/或类圆圈形状的中心，参见图4和图5。例如，在图4中，圆圈52拟合于瞳孔。在图5中，确定了展示为两个十字准线的两个参考点50a、50b，所述参考点是两个圆圈52a、52b的中心，一个圆圈52a拟合于瞳孔54，另一个圆圈52b拟合于虹膜56的边缘。这允许对眼部16的位置和移动的精确时间分辨的横向(x,y)追踪并且因此允许对OCT图像28的修正以免于横向(x,y)平移诱发型伪影。

此外，控制单元可被配置来确定眼部特征的时间分辨的位置作为移动数据，所述眼部特征是眼部16的虹膜56的延伸特征和/或眼部16的巩膜内血管结构(未展示)的延伸特征。这允许对眼部16的位置和/或移动的精确时间分辨的旋转(即，眼球旋转)追踪，并且因此允许对OCT图像的修正以免于旋转(眼球旋转)诱发型伪影。

摄像机系统18使用摄像机成像速率捕获时间分辨的摄像机图像20、22。OCT图像获取单元26使用OCT成像速率获取时间分辨的OCT图像28。控制单元24控制摄像机成像速率和OCT成像速率。

在一种设置中，例如通过使摄像机成像速率与OCT成像速率同步，摄像机成像速率大致上等于OCT成像速率。这允许将单个摄像机图像20、22指定给每个OCT图像28，并且因此允许对OCT图像28的时间适应型修正以免于移动伪影。在替代性设置中，摄像机成像速率低于OCT成像速率。这允许将单个摄像机图像20、22指定给多个不同的OCT图像28，从而允许耗时更少的移动数据确定并且因此允许更快的断层照片2、10生成。在另一个替代性设置中，摄像机成像速率高于OCT成像速率。这允许将多个摄像机图像20、22指定给每个OCT图像28，从而实现基于A型扫描对OCT图像的高度时间分辨的修正。